Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Колодяжный С.А
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
Эр.п. = П · ∆М · С, |
(3) |
где П - число асфальтосмесительных установок, шт.; ∆М - количество уловленной пыли от одной асфальтосмесительной установки за год, т/год; С - цена 1 т минерального порошка, р.
Экономия топлива за счет организации высокоэффективного процесса горения мазута и снижение теплопотерь и неорганизованных выбросов на АБЗ экономит до 6%. Например, для асфальтосмесительной установки Д-508-2А эта экономия может быть 18,6 кг/ч, или 27,9 тонн в год, или 797,9 тысяч рублей.
Таким образом экологический ущерб зависит от величины снижения экономического ущерба, который наносит АБЗ окружающей среде (коммунальному, сельскому и лесному хозяйству, промышленности). Предотвращенный экологический ущерб можно определить по выражению:
∆У = ∆М · у, |
(4) |
где ∆У - годовой экологический эффект, р./год; у - удельный экономический ущерб, от выбросов в атмосферу, р./т.
Если сравнивать результаты расчетов, то величина экологического ущерба будет значительно больше внутриотраслевого экономического эффекта. Исходя из этого, основным при борьбе с вредными выбросами на предприятиях дорожной отрасли будет фактор снижения экологического ущерба. Вопросам обеспечения экологической безопасности на автомобильных дорогах посвящена работа [1]. Следует отметить, что экологический ущерб во многом зависит от численности населения, промышленного и сельскохозяйственного развития региона.
Наиболее эффективным средством обеспечения и контроля экологической безопасности для работающих и окружающей среды является установление нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ). При этом соблюдать эти нормативы необходимо все время пока работает АБЗ. Эти нормативы имеют достаточно высокую значения (95%, а в некоторых случаях 99% очистки). Применяемое на АБЗ оборудование имеет эксплуатационную эффективность в пределах 58%.
Если использовать смесители типа Г-1, MГ-1 без очистных сооружений, то экологический ущерб от пыли составляет 18 миллионов рублей в год при минимальной производительности. Например, ущерб окружающей среде от пыли, от асфальтосмесителя Д-
645-2, может составить 11,840 миллионов рублей. |
|
|
|
||
Улучшение |
очистных |
комплексов, |
совершенствование |
топочного |
и |
пылегазоочистительного оборудования может сократить экологический ущерб, а иногда уменьшить удельные затраты на охрану окружающей среды. Это возможно если внедрить централизованную очистку, мощные очистные комплексы).
Уточненная оценка предотвращенного экологического ущерба определяется по формуле:
∆У = γδ · ∆Мf, |
(5) |
где γ - постоянная величина размерности, р./условную тонну (для разработок, примененных до 1986 г. γ = 2,0 р./условных тонн, внедренных после 1986 г. - γ = 2,4 р./условных тонн); δ - значение относительной опасности загрязнения атмосферы в районе загрязненной территории; М - приведенный выброс загрязнений из определенного источника в год, условных тонн/год; ∆М - уменьшение выброса загрязнений после внедрения мероприятия в год, условных тонн/год; f - безразмерная постоянная величина, характеризующая рассеивание загрязнений в атмосфере.
Общий экономический эффект включает величины эффектов от реализации пыли, используемой в качестве минерального порошка ∆С и от экономии от мероприятий по сжиганию топлива ∆Ст. Он определяется по формуле
91
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Э = ∆ См.п + ∆Ст. |
(6) |
Если достигается ПДВ формула (6) приобретает вид: |
|
Э = gм.п. (М-ПДВ) + gт · ∆m, |
(7) |
где gм.п - цена 1 т минерального порошка, р.; gт - цена 1 т топлива, р.; ∆m - количество сэкономленного топлива, т.
Для определения ущерба от деятельности АБЗ необходим комплексный подход к решению целого ряда сопутствующих инженерных задач. Проблема очистки газов на АБЗ при пылегазоулавливании и очистке организованных и неорганизованных выбросов является определяющей при решении проблемы защиты атмосферы на АБЗ и при обеспечении требуемого уровня безопасности труда [2, 3, 4, 5].
При обеспечении безопасных условий труда на АБЗ [6, 7, 8, 9] необходимо дополнительно учитывать возможные опасности производственного процесса при подаче газа, необходимого для подогрева асфальтобетона. Не герметичность трубопроводных систем подающих газ для технологического процесса, а так же возможные выбросы мазута, могут привести к авариям [10, 11] с выбросами опасных веществ и взрывами, влекущие за собой опасность для жизни и здоровья работающих на АБЗ.
Совместно с рассматриваемой задачей, для обеспечения безопасности труда на производстве, потребуется комплексное решение целого ряда вспомогательных инженерных задач при приготовлении различных цементосодержащих материалов, например таких, как рассмотрены в работах [12, 13, 14]. Комплексное решение рассмотренных задач с последующей оценкой результатов и принятием необходимых мер по улучшению условий труда и обеспечению безопасности [15] на вредных и опасных производствах является направлением дальнейших исследований.
Список литературы
1.Николенко, С.Д. Влияние параметров автомобильных дорог на экологическую безопасность / С.Д. Николенко // В сборнике: Научно-методическое обеспечение создания военной инфраструктуры вооруженных сил Российской Федерации. Москва, 2009. С. 229-236.
2.Головина, Е.И. Интегральная балльная оценка тяжести труда операторов смесителей асфальтобетонных заводов в условиях высокой запыленности рабочей зоны / Е.И. Головина, С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, В.Я. Манохин, М.В. Манохин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения.
2016. №1(12). С. 95-98.
3.Сазонова, С.А. Охрана окружающей среды и обеспечение безопасности труда на асфальтобетонных заводах / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, В.Я. Манохин, М.В. Манохин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2016. №1(12). С. 111-114.
4.Манохин, М.В. Охрана труда и расчет рассеивания параметров выброса вредных веществ на промышленной площадке асфальтобетонного завода / М.В. Манохин, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Я. Манохин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2016. №1(12). С. 104-107.
5.Николенко, С.Д. Обеспечение безопасности труда и мероприятия по защите атмосферы на асфальтобетонных заводах / С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Я. Манохин, М.В. Манохин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-
92
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2016. №1(12). С. 108-110.
6.Манохин, М.В. Требования к безопасности труда и пожаровзрывобезопасность при эксплуатации асфальтобетонных заводов / М.В. Манохин, В.Я. Манохин, С.А. Сазонова, С.Д. Николенко // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Высокие технологии. Экология. 2016. №1. С. 16 - 21.
7.Николенко, С.Д. Обеспечение безопасности труда при погрузочно-разгрузочных работах / С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Я. Манохин, М.В. Манохин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Высокие технологии. Экология. 2016. №1. С. 22 - 27.
8.Сазонова, С.А. Безопасность труда при эксплуатации машин и оборудования на асфальтобетонных и цементобетонных заводах / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, В.Я. Манохин, М.В. Манохин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурностроительного университета. Серия: Высокие технологии. Экология. 2016. №1. С. 28 - 33.
9.Сазонова, С.А. Результаты вычислительного эксперимента по оптимизации оценки условий труда операторов смесителей асфальтобетонных заводов / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, М.В. Манохин, В.Я. Манохин, Е.И. Головина // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2016. № 1 (12). С. 15. http://moit.vivt.ru/
10.Николенко, С.Д. Дистанционное обнаружение утечек в гидравлических системах с целью обеспечения безопасности функционирования при своевременном предупреждении аварий / С.Д. Николенко, С.А. Сазонова // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Информационные технологии в строительных, социальных и экономических системах. 2016. №1. С. 151-153.
11.Сазонова, С.А. Численная апробация математических моделей мониторинга безопасного функционирования систем газоснабжения / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, В.Я. Манохин, М.В. Манохин // Известия Казанского государственного архитектурностроительного университета. 2016. № 1. С. 255-264.
12.Николенко, С.Д. Особенности технологических схем приготовления фибробетона / С.Д. Николенко, А.Н. Ткаченко, Д.В. Федулов // В сборнике: Актуальные проблемы современного строительства: материалы Международной научно-технической конференции.
Пенза, 2007. С. 320-323.
13.Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки / С.Д. Николенко, Д.А. Казаков, И.В Михневич. Патент на изобретение RUS 2415237 27.10.2009.
14.Михневич, И.В. К вопросу о защитных свойствах быстровозводимых сооружений
на основе пневмоопалубки / И.В. Михневич, С.Д. Николенко, В.А. Попов // В сборнике: Пожарная безопасность: проблемы и перспективы: сборник статей по материалам III всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2012. С. 234-
237.
15. Колотушкин, В.В. Безопасность жизнедеятельности при эксплуатации зданий и сооружений: учеб. пособ. / В.В. Колотушкин, С.Д. Николенко. - Воронеж: ВГАСУ. 2009. 192 с.
________________________________________________________________________________
Манохин Максим Вячеславович – ассистент кафедры пожарной и промышленной безопасности Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: fellfrostqtw@gmail.com.
Тел. 8 (473) 271-30-00
Сазонова Светлана Анатольевна – к.т.н., доцент кафедры пожарной и промышленной безопасности Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: Sazonovappb@vgasu.vrn.ru.
Тел. 8 (473) 271-30-00
Николенко Сергей Дмитриевич – к.т.н., профессор кафедры пожарной и промышленной безопасности Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: nikolenkoppb1@yandex.ru.
Тел. 8 (473) 271-30-00
93
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
УДК 539.384.6:539.377
А.А. Трещёв, М.В. Спасская
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НЕСВЯЗАННОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОЛОГОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ РАЗНОСОПРОТИВЛЯЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ
В статье произведена постановка термомеханической задачи о тонкой пологой сферической оболочке из разносопротивляющегося анизотропного материала. На оболочку воздействует равномерно распределенная нагрузка и разность температур. Выполнен вывод системы разрешающих уравнений поставленной задачи, дополненной граничными условиями.
Ключевые слова: изгиб, разносопротивляемость, анизотропия, сферическая оболочка, разрешающие уравнения, термоупругость.
A.A. Treschev, M.V. Spasskaya
MATHEMATICAL MODEL FOR UNCOUPLED THERMOMECHANICAL PROBLEM OF SHALLOW SPHERICAL SHELL MADE OF ANISOTROPIC DIFFERENT RESISTANT MATERIALS
The article is devoted thermoelastic problem of a thin shallow spherical shell. The body is made of a material with different resistance property and anisotropic. The shell perceives uniformly distributed load and receives thermal effect, as the temperature difference on the inner and outer surface of the shell. The paper presents the system of the equations solutions, supplemented by the boundary conditions.
Keywords: bending, different resistance, anisotropy, spherical shell, equations solutions, thermoelasticity.
Введение. Для многих конструкционных материалов характерно наличие усложненных свойств, таких как разносопротивляемость и структурная анизотропия. Разносопротивляющийся – это материал, у которого деформационные и прочностные характеристики зависят от вида напряженного состояния. Анизотропный – это материал, который имеет отличающиеся друг от друга физико-механические свойства по разным направлениям. Использование классических теорий механики деформируемого твердого тела не позволяет обеспечить должную точность расчетов НДС конструкций из материалов с усложненными свойствами. Именно поэтому необходимы новые надежные теории расчета, согласованные с экспериментальными данными. Учет эффекта разносопротивляемости материала вносит значительные поправки в напряженно-деформированное состояние конструкций. Кроме того, в настоящее время в различных отраслях все больше конструкций работает в условиях неравномерных температурных полей. Учет влияния температурного воздействия также необходим для получения точных результатов расчетов НДС конструкций.
Постановка задачи. Объектом исследования является пологая сферическая оболочка (рисунок) с радиусом в плане а (м), со стрелой подъема f (м) и толщиной h (м). Срединная поверхность оболочки является частью сферы, характеризуемой радиусом R (м). Оболочка имеет жесткую заделку по контуру. В начальный момент времени температура оболочки T0 .
Далее на оболочку действует разность температур: температура внутренней T1 и наружной T2 поверхностей, а также прикладывается поперечная равномерно распределенная нагрузка q (МПа) на верхнюю поверхность оболочки.
________________________________________________________________________________
© Трещёв А.А., 2016
94
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
Примем, что изменение температуры в оболочке происходит только по ее толщине, чтобы разность температур на внутренней и наружной поверхностях T являлась функцией от координаты z.
Рисунок. Исходная схема задачи
Для сферической оболочки справедливо постоянство главных радиусов кривизны срединной поверхности оболочки в пределах ее плана: R1 = R2 = R . Тогда главные кривизны оболочки принимают значение k1 = k2 = k =1 / R . Далее будут рассматриваться пологие
оболочки, а в пологих оболочках можно пренебречь разницей между длиной дуги срединной поверхности и ее проекцией на плоскость.
Будем рассматривать оболочку в рамках теории пологих оболочек, в которой используются следующие зависимости:
а) компоненты деформации в срединной поверхности:
|
εr = u,r −kw + 0.5θr2 ; εϕ = |
u |
− kw , |
(1) |
||
|
|
|
||||
|
|
|
r |
|
||
где εr , εϕ |
– удлинения; u, w – радиальные перемещения и прогибы; k – |
главная кривизна; |
||||
θr = −w,r – |
поворот нормали к срединной поверхности, r – радиальная координата; |
|||||
б) компоненты изгибной деформации (кривизны): |
|
|||||
|
χr = −w,rr ; χϕ = − |
w,r |
; |
(2) |
||
|
|
|||||
|
|
r |
|
|||
в) компоненты тензора деформаций через параметры деформации εr , εϕ и кривизны |
||||||
χr , χϕ срединной поверхности: |
|
|||||
|
er = εr + zχr ; eϕ = εϕ + zχϕ , |
(3) |
||||
где z – вертикальная координата, отсчитываемая от срединной поверхности оболочки. Используя формулы (1) – (3), запишем компоненты тензора деформаций через
перемещения и прогибы:
95